[發明專利]儲能元件與超級電容器元件

有效

• 申請號: 201410738335.3
• 申請日: 2014-12-05
• 公開（公告）號: CN104715931B
• 公開（公告）日: 2018-11-02
• 發明（設計）人: 林育威;蔡麗端;方家振;黃震宇
• 申請（專利權）人: 財團法人工業技術研究院
• 主分類號: H01G11/22
• 分類號: H01G11/22;H01G11/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

本發明公開了一種儲能元件與超級電容器元件，其中的儲能元件包括正電極以及相對所述正電極配置的負電極。正電極與負電極分別位于一集電箔的至少一面。所述正電極以及所述負電極分別包括活性物質、導電助劑與黏接劑，且活性物質包括孔洞材料、氧化還原電極材料、或其組合。正電極以及負電極至少其中之一為具有三層以上的多層結構，且多層結構的最外層的氧化還原電極材料的濃度最低。

技術領域

本發明是有關于一種儲能設備，且特別是有關于一種儲能元件與超級電容器(supercapacitor,SC)元件。

背景技術

超級電容器(SC)又稱為電雙層電容元件(electrical double layer capacitor,EDLC)，其儲能是利用靜電能作為能量儲存型式，在近年來的研究中尤其著重在其高功率輸出的表現以及能量貯存并轉換。EDLC能量貯存及釋放皆來自靜電荷吸附所形成的電雙層結構。這樣的電雙層機制反復充放過程中，因為幾乎不會產生電化學反應過程中對于電解液以及電極的損耗，所以具有優異的可逆電量以及長期充放循環表現維持率，其長期循環壽命可達數萬次以上。

由于電雙層面積會直接影響到電極容量，所以常被使用的電雙層活性物質一般具備多孔洞以及高比表面積等特性，不僅可用于引出容量的活物，也可作為活物支架、電子導體、離子嵌入嵌出結構、熱傳導體或是集電基板等。除了活性物質，為了使電極材料與集電基板有理想的接口阻抗以及電極本身的可加工性，必須添加黏著劑。

然而，黏著劑本身通常并非電的良導體，且在充放電循環時電位變化過程中的穩定性大大地影響元件在長期循環及容量維持率表現。

過去超電容器的研究中，為了改善能量密度，常混用鋰離子電池電極材料與電雙層電極材料，然而在同一電極層中的兩種材料通常會造成鋰離子的競爭而無法達到預期的功能加成效果，故許多研究開始將兩種不同功能取向的電極個別涂制，形成雙層電極。然而此雙層結構的層序各有利弊：以電雙層材料與電基板接著時可以降低接合阻抗，但在外層的鋰離子電池材料卻也增加了鋰離子擴散阻抗；反之，電雙層材料置于外層雖有利于吸液及降低鋰離子電池材料與電解液的反應，卻也因低層接合阻抗較高而使電極功率特性下降。

上述研究對于長期循環特性以及功率表現也較無著墨。

發明內容

本發明提供一種儲能元件，至少包括正電極與負電極。正、負電極分別位于一集電箔的至少一面。所述正電極以及所述負電極分別由活性物質、導電助劑與黏接劑所組成，且活性物質包括孔洞材料、氧化還原電極材料、或其組合。正、負電極分別為具有三層以上的多層結構，且多層結構中的氧化還原電極材料沿厚度方向上呈現一濃度分布，而多層結構的最外層的氧化還原電極材料的濃度最低。

在本發明的一實施例中，上述的濃度分布包括至少一個高斯分布或至少一個梯度分布。

在本發明的一實施例中，上述的氧化還原電極材料包括鋰的鈷系氧化物、鋰的錳系氧化物、鋰的鎳系氧化物、鋰的鐵系氧化物、鋰鐵鹽類或其組合中的一種。

在本發明的一實施例中，上述的正電極的所述氧化還原電極材料包括金屬氧化物。

在本發明的一實施例中，上述的金屬氧化物包括MnO₂、V₂O₅、Fe₂O₃、WO₂、NbO₂或NbO。

在本發明的一實施例中，上述的負電極的所述氧化還原電極材料包括鋰鈦氧化物、硫化鈦或其群組。

在本發明的一實施例中，上述的孔洞材料是由活性碳、硬碳、軟碳、石墨、介穩相碳(mesophasecarbon)及碳黑組成的材料群中選擇的一種材料或其組合中的一種。